一种双曲扇形螺旋楼梯及其构建方法技术

本申请的实施例提供了一种双曲扇形螺旋楼梯及其构建方法，将螺旋楼梯的梯板设计为板厚由螺旋外侧至螺旋内侧逐渐增大，相较于传统的矩形截面的梯板受力更合理，还能在一定程度上减少施工材料的浪费；梯板内设置有多组纵筋、拉筋及箍筋，根据有限单元法计算确定的梯板内侧、中部及外侧的承载力要求来设计纵筋的直径、数量及位置，使得钢筋的分布能够更好地满足梯板的受力要求。满足梯板的受力要求。满足梯板的受力要求。

【技术实现步骤摘要】
一种双曲扇形螺旋楼梯及其构建方法


[0001]本专利技术涉及建筑结构设计及施工领域，具体涉及一种双曲扇形螺旋楼梯及其构建方法。

技术介绍

[0002]根据钢筋混凝土板式螺旋楼梯的内力计算，当梯段的宽度较宽时，梯板的内侧与外侧表现出不同的受力特征，螺旋楼梯全长内侧受力复杂且明显大于外侧。而现有的钢筋混凝土螺旋楼梯均设计为矩形截面的螺旋楼梯，即螺旋内侧与外侧的梯板厚度相同，以矩形截面作为梯板的受力截面，由内外两条圆弧螺旋上升形成空间单曲扇形螺旋楼梯。由于矩形截面的螺旋楼梯内侧与外侧的梯板厚度相同，为满足螺旋内侧的受力要求，矩形截面螺旋楼梯的梯板通常整体较厚，在受力较小的外侧的材料也未充分发挥作用，造成材料的浪费。
[0003]因此，实有必要开发一种双曲扇形螺旋楼梯，用以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施例提供了一种双曲扇形螺旋楼梯及其构建方法，以解决现有螺旋楼梯的梯板整体较厚、不符合螺旋楼梯受力特征的技术问题。
[0005]本专利技术实施例提供的一种双曲扇形螺旋楼梯，包括呈螺旋状逐渐上升的梯板，所述梯板的板厚由螺旋的外侧至内侧逐渐增大。
[0006]可选地，所述梯板的内侧板厚t1为1.2t
‑
1.5t，梯板的外侧板厚t2为0.5t
‑
0.8t，其中，t为所述梯板正截面的平均板厚。
[0007]可选地，所述平均板厚t与所述梯板的中心线处的弧长S的比值在1/50
‑
1/35之间。
[0008]可选地，所述梯板的平面旋转角度为240
‑
300
°
，梯板的螺旋升角为25
‑
35
°
。
[0009]可选地，所述梯板内设置有多组纵筋，多组所述纵筋沿所述梯板的宽度方向间隔布置，且纵筋的分布满足所述梯板内侧、中部及外侧根据有限单元法计算确定的承载力要求。
[0010]可选地，所述纵筋之间通过拉筋及箍筋拉紧固定。
[0011]此外，本专利技术实施例还提供了一种双曲扇形螺旋楼梯的构建方法，用于通过有限单元法构建如上所述的双曲扇形螺旋楼梯的实体模型，其主要包括以下步骤：
[0012](1)、根据实际螺旋楼梯的造型要求，建立简化的梯板几何模型；
[0013](2)、根据简化后的梯板几何模型，建立梯板初步剖分的有限单元网格；
[0014](3)、在步骤(2)初步剖分有限单元网格的基础上，细化实际计算网格，建立有限元计算模型，施加边界条件，按实际施加楼梯荷载；
[0015](4)、检查有限元计算结果，复核梯板承载力、变形及竖向自振频率，使其满足设计规范要求；
[0016](5)、根据应力计算结果，布置梯板钢筋。
[0017]可选地，步骤(1)所述的简化的梯板几何模型以多段直线段近似拟合原螺旋梯段线。
[0018]可选地，步骤(2)中的有限元计算单元类型采用壳单元。
[0019]可选地，步骤(3)中所述的建立有限元计算模型包括按照梯板支座刚接与铰接的情况分别建立模型，并在步骤(4)中进行包络设计。
[0020]本专利技术实施例具有如下有益效果：
[0021]1、根据螺旋楼梯的受力特征，将梯板的受力截面设计为螺旋内侧较厚、螺旋外侧较薄的不等厚度结构，相较于传统的矩形截面梯板受力更合理，还能在一定程度上减少施工材料的浪费。
[0022]2、在梯板内设置多组纵筋、拉筋及箍筋，并根据有限单元法计算确定的梯板内侧、中部及外侧的承载力要求来设计纵筋的直径、数量及位置，使得钢筋的分布能够更好地满足梯板的受力要求。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术实施例的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例的俯视图；
[0026]图3为图2的A
‑
A剖视图；
[0027]图4为本专利技术实施例中箍筋和拉筋的分布示意图；
[0028]图5为本专利技术实施例的简化后的梯板几何模型；
[0029]图6为本专利技术实施例的有限单元网格初步剖分示意图(轴测图)；
[0030]图7为本专利技术实施例的有限单元网格初步剖分示意图(俯视图)；
[0031]图8为本专利技术实施例的有限元计算模型；
[0032]图9为本专利技术实施例的壳单元主拉应力计算结果；
[0033]图10为本专利技术实施例的壳单元轴力计算结果；
[0034]图11为本专利技术实施例的壳单元弯矩计算结果；
[0035]图12为本专利技术实施例的壳单元主拉应力计算结果与同等条件下等厚度梯板螺旋楼梯主拉应力计算结果的对比；
[0036]图中数字表示：
[0037]1、梯板；2、纵筋；3、拉筋；4、箍筋。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说
明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”等通常是指装置实际使用或工作状态下的上和下，具体为附图中的图面方向；而“内”和“外”则是针对结构的轮廓而言的。
[0039]请参阅图1、图2所示，本专利技术的实施例提供了一种双曲扇形螺旋楼梯，包括呈螺旋状逐渐上升的梯板1，梯板1连接在相邻的楼层之间。
[0040]根据钢筋混凝土板式螺旋楼梯的内力计算，当梯段的宽度较宽时，梯板1的内侧与外侧表现出不同的受力特征，梯板1的内侧受力复杂且明显大于外侧。因此，本实施例将梯板1的板厚设计为由螺旋的外侧至内侧逐渐增大，即梯板1的正截面呈外侧较薄、内侧较厚的变厚度梯形截面(如图3所示)，相较于传统的矩形截面的梯板，梯形的受力截面更符合螺旋楼梯的受力特征(详见下文的分析计算部分)，能够充分发挥梯板1各部位的材料性能，从而在一定程度上减少施工材料的浪费。另外，外薄内厚的螺旋楼梯在视觉效果上较现有的等厚度螺旋楼梯而言也更为轻盈流畅。
[0041]本专利技术实施例的几何特性可按如下方式进行参数化描述：
[0042]双曲扇形螺旋楼梯圆弧段的各边界曲线采用柱面坐标曲线进行描述。如图1及图2所示，定义梯板1的中心线半径为R，梯段平面旋转角度为α(240
°
≤α≤300
°
)，楼层高度为H，梯段宽度为B。建立如图5所示的柱面坐标系，以螺旋梯段的圆心为原点，各点柱面角度坐标记为θ，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双曲扇形螺旋楼梯，其特征在于：包括呈螺旋状逐渐上升的梯板，所述梯板的板厚由螺旋的外侧至内侧逐渐增大。2.根据权利要求1所述的一种双曲扇形螺旋楼梯，其特征在于：所述梯板的内侧板厚t1为1.2t
‑
1.5t，梯板的外侧板厚t2为0.5t
‑
0.8t，其中，t为所述梯板正截面的平均板厚。3.根据权利要求2所述的一种双曲扇形螺旋楼梯，其特征在于：所述平均板厚t与所述梯板的中心线处的弧长S的比值在1/50
‑
1/35之间。4.根据权利要求3所述的一种双曲扇形螺旋楼梯，其特征在于：所述梯板的平面旋转角度为240
‑
300
°
，梯板的螺旋升角为25
‑
35
°
。5.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的一种双曲扇形螺旋楼梯，其特征在于：所述梯板内设置有多组纵筋，多组所述纵筋沿所述梯板的宽度方向间隔布置，且纵筋的分布满足所述梯板内侧、中部及外侧根据有限单元法计算确定的承载力要求。6.根据权利要求5所述的一种双...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴雅萍，袁雪芬，潘苏辰，赵宏康，李烽清，
申请(专利权)人：启迪设计集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：